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转发:IT教育与产业的互动

(2012-12-17 20:42:45)
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执教

分类: 烹鲜

转发:IT教育与产业的互动



一、IT产业的科学与技术进步背景

  1. 回顾信息科学技术的发展

  信息科学与技术涵盖的领域非常宽广,让我们以作为它核心的计算机为例做一个简单回顾。

  机器计算的基础理论诞生于上世纪三四十年代,除了众所周知的图灵机,香农(C.E. Shannon)、维纳(N. Wiener)在创立奠定经典信息论、控制论的基础之前,也都在计算机的逻辑功能和设计原则等方面做出了重要贡献。在很大程度上可以认为,从第一代的冯·诺依曼(J. von Neumann)机开始,六七十年前发展起来的这些理论一直支撑着计算机一代一代“进化”到现在。
  计算机本来就是人造的东西,无论大小(巨型机、微型机)、分合(分布式、集中式)、串并(串行化、并行化),它都一直是在二进制理论基础上发展,一直都没有实质意义上的“革命”。可以想象一下,有没有可能,今天的计算机完全被淘汰,推倒重来,被一种新的更高效的计算方式替代,比如生物计算、量子计算?

  二十多年前我还在清华读书的时候,日本投入巨资开发第五代计算机,最后无疾而终,关键在于机器智能的问题没有根本解决。三四十年代的理论解决的只是机器计算的问题,如果什么时候机器智能的基础理论问题被真正解决了,也会引起另一个革命性突破。

  在一个大的理论突破、变革来临之前,在目前国民经济高速发展、IT成为国家支柱产业的情况下,我个人觉得IT教育应该更多关注产业发展的需求,要更多地引导多数学生为投入蓬勃发展的IT产业做好准备,毕业后为国家抓住战略机遇、实现跨越发展整体上做出有影响的贡献。

  理论上的突破不是大兵团作战的事,而往往是“有心栽花花不开,无心插柳柳成荫”。关键在于政策上要有相应的保证,要让一批人可以很安心地去研究理论。在各方面的研究发展到一定程度的特定时候,会涌现出几位大师。他们一定是很聪明的人,而且很可能像图灵、香农那样在比较年轻的时候出头,在自由宽松的科研环境下,凝聚各方面的突破性成果,取得一种革命性的突破。在这之前,我们更多地要关注的是国家经济和IT产业迅速发展中的一些实际的问题。

  2. 系统的复杂性呼唤理论突破

  我们不难发现,当前科学技术的发展有一个显著的特点,就是人造系统正在变得越来越庞大和复杂,甚至已经超出了我们目前的手段和工具可以控制的范围。比如,一个国家的电网、一个城市的交通。随着这些基础设施的规模和复杂程度的日益膨胀,它反而会脆弱到一旦出现某些小的差错,就可能导致整个系统的紊乱、甚至失控。比如一场暴雨就能造成北京的交通瘫痪。对一个复杂巨系统的掌握和控制是我们学术界和产业界共同面临的大事之一,它要求我们在科学理论和技术创新上取得突破。

  实际上IT本身的很多具体问题也是一个复杂的大系统的问题,比如Microsoft的5000万行代码的Windows就是一个非常复杂的软件系统;Intel最近提出万亿次、万亿位的处理器的概念,这也是一个非常复杂的硬件系统设计的挑战;而Google的数据系统,仅文本就有200多TB,而且是10倍压缩率,再加上声音、图像等,可见其系统之庞大和复杂。

  这也就是说,系统优化的工作还有很大的空间。人造系统复杂性的极度提升,导致了与之相应系统优化的方法与工具的缺位。同时,系统的复杂性也给我们敞开了很多从系统角度做科学研究的空间。如嵌入式系统,如万亿次计算、万亿位带宽的处理器。一方面,我们缺乏这样的系统优化的手段和工具;另一方面,系统优化能力的提升也会给我们带来非常多的好处。

  3. 全局优化对产业的影响

  全局的优化能给我们的IT产业带来非常大的发展空间。

  其一为系统级优化。比如无线通讯,我们现在做的很多事都是利用跨层(cross-layer)甚至无层的设计。不是一层一层地做,而是把整个系统看作一个完整的功能要求,做一个系统级的优化,这在很多应用中比起以往僵硬的层级化、模块化设计来有很大优势。硬件软件的联合设计发展也非常快。比如专用IP核(ASIP)和专用芯片(ASIC)的运用,以及现场可编程门阵列(FPGA)和可重构系统芯片(CSoC)的流行,从产业上为不管是嵌入式系统还是大的网络系统都带来了很多的变化。如果我们把能耗的要求考虑进去的话,就不可避免地要做系统级的优化。

  另一种优化我们暂且可以称为全景级优化。就是说在考虑背景、情景的情况下进行系统优化。在过去,我们遇到一个需求或设计要求时通常需要做的就是在一个表达模型下进行编码,从而计算、传输、存储,而现在则可能是要形成一个交互式模型,在交互式作用下将这一切发展出来。也可以称之为与情景相关的,共生的计算(symbiotic computing)、和谐的计算。

二、IT教育变革需要产业方面的支撑

  1. 厚基础、宽口径的IT教育

  在学生培养的过程中,我们需要有国际化的视野。

  让我们先来看一下清华大学信息学院与美国麻省理工学院(MIT)的EECS系的课程设置。

  目前,MIT信息学院学生的课程设置主要强调几个方面。其一为生命科学与信息科学技术的结合。这主要来源于两方面的需求:一方面,生命科学近年来获得投入很多、发展势头很猛、前景十分广阔,而IT的知识和工具对它的发展有很大帮助,也可以从中得到借鉴;另一方面,当今的美国学生不太愿意学工程,但对生命相关的东西有较大兴趣,将二者结合起来,有助于IT科学吸引更多人才。其二是强调国际化。其三是与工业、产业的紧密结合。

  MIT EECS延续了30年的课程体系刚刚做出很大的变革,其中非常值得注意的是将原有的4门核心课程减少为2门,且不论EE还是CS的学生都必修。它强调的是贯通EE和CS,强调的是减少授课时间,给予学生更多在开放式的、动手的环境中的体验,强调的是由学生自主完成设计、模型和分析的整个延续的过程。核心课程之一是2006年春季开出的,学习抽象和模块化、离散时间线性系统、基于概率推断的噪声和不确定性处理,以移动机器人为统一实验室设置;核心课程之二是2006年秋季开出的,以手机为例学习数字和模拟信号、调制、通讯网络。
    对于清华大学信息学院的学生课程,我们也一直在进行不断的调整,并初步形成了全院统一的、跨学系的平台课体系。我们在这方面也与企业合作做了一些工作,比如和展讯公司在技术和课程方面的合作。起初,清华大学信息技术研究院与展讯公司在开发3G手机芯片上开展合作,将清华大学在Turbo码方面的核心技术贡献于展讯研发的全球第一颗TD-SCDMA手机基带芯片中,并由展讯共享清华大学在3G方面的多项发明专利。随后,我们与展讯公司共同打造终端设计课程,由展讯提供手机开发平台,为信息学院高年级本科生开设了32学时(8学时实验)的课程。

  在这方面,其实有很多IT界的校友都可以提供支持与帮助,把业界技术的前沿和精华系统地传授给学生。也可以提供一些先进的系统平台,让学生可以接触到实际的系统,既动脑又动手地学,既可以在上面做各种实验,也可以组织一些竞赛。谁也不知道学生在这些系统上能做出些什么来,他们的创造力总是超出我们的想象。也就是说,一切都有可能。当然,最重要的是,这样培养出来的人才,也最受企业欢迎。

  2. 培养学生的国际竞争能力

  培养学生要从师资抓起,青年教师的引进是一个非常重要的环节。优秀的年轻教师来到学校以后要有学术上的独立性,才会有更大的成长空间。在这方面,目前邓锋学长的基金起到了很大的作用。青年教师做科研,没有启动资金,邓锋的捐赠给他们个人收入上的补贴,而学校再为他们提供一些配置基本办公和实验条件的费用,这就能给他们提供比较好的科研条件和环境。

  另一个重要的方面就是学生出国交流。目前在国际学术界对中国学生有一种不太好的印象,就是我们的很多文章被一些国际学术会议录取后,作者却不去宣讲,除了签证问题外,主要是因为经费紧张。有些会议主办方甚至有不成文的规定,录用中国学生的文章不能超过一定比例,否则作者都不来,会议气氛很不好。我们的学生国际交流计划就是要改变这种状况。如果国际学术界知道,清华大学的学生投了论文,是会去参加会议的,他们就不会人为设限,我们师生的成就更能得以彰显。

  邓锋学长在捐给母校的1000余万元人民币中分出45万美金,在信息学院设立了为期3年的两个基金。其中,青年教师引进基金目前有12人申请,6人获准;学生国际交流基金有267人申请,232人成行。这给信息学院的工作带来了非常大的帮助。

  最近国家刚刚推出一个比较大规模的公派留学计划。5年内,全国每年公派留学5000人,其中少数直接攻读国外学位,多数为6~24个月的合作培养。同时,我们通过一些校友的协助,正在与Stanford、UIUC、USC、Cornell等名校达成合作,进行学生交流活动。我们有很多校友都有留学经验,可以在这方面帮助学校与其另一个母校联系合作,促成一件对两个母校都很有益的事。

  3. 学校与企业合作的模式

  我们在摸索一种新形势下更有效、更紧密的学校和企业的合作模式。比如由学校与企业共建联合科研机构,建立一种稳定、紧密、互补、共赢的合作攻关机制。以2003年新建的信息技术研究院为例,在这种模式下有十多个这样的联合研究所正在快速发展,也已经取得了一些可喜的成绩。

  总之,我们的IT教育与产业的互动,迫切需要产业的支持,在课程、实践、创新等各方面来推动教育的更新和发展。(本文系根据作者演讲整理而成,作者为清华大学信息学院副院长)

 

(在“2006年清华IT校友年会”上的发言记录原载《清华人》2007-1期,转载请商清华校友会。)

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